底座注塑模具设计
底座注塑模具设计,底座,注塑,模具设计
底座塑料注射模具设计 系 别 专 业 班 级 学 号 姓 名 指导教师 负责教师 I 摘 要 我国模具工业近几年有很大的进展 注塑成型模具应用越来越广泛 模具 CAD CAM 技术的应用水平也上了一个新台阶 但和国外相比仍有较大差距 所以 提高模具设计制造 技术的水平有利于我国模具工业的发展 本文记述的是打印机内部底座的塑料模具设计 本 设计从优化模具结构入手 合理地设计型腔结构 对型腔组件采用组合式 不但降低了模具 的加工难度 而且又提高了模具零件的可互换性 同时方便了模具的维修 另外 在冷却系 统设计方面 采用在侧型芯进行冷却的方式 可以使模具均匀有效地冷却 保证了塑件成型 后的尺寸要求 为了保证塑件在脱模时能够安全地顶出 模具顶出系统采用多顶杆顶出 并 且在不同壁厚和不同尺寸的地方设置不等径顶杆 保证了顶出力的均匀 设计中有效地利用 了 Pro E 模具设计软件 使整个设计过程简化 同时对模具运动 加工等进行模拟 缩短了 模具设计制造周期 关键词 注射模 支架 侧抽芯 组合式型芯 II Abstract The mold industry has been growing rapidly in china in recent years The injection mold is widely used in the plastic industry the mold CAD CAM technology apply level is growing too But comparing with the foreign it still has a long distance So it is good for the developing of the mold industry in china through improving the mold design This paper introduces the mold design of the internal printer bracket This design is on considering the excellent molding tool structure arranging a reasonable mold hole adopting to a sectional mole hold It can lower the process of molding tool consumedly and can raise the molding tool spare parts compatibility also simplified the maintain of molding tool Beside the aspect of designed in the cooling system the adoption is in a mold hold of side carry on the cooling off way can made molding tool even to cool off availably after guaranteeing the request of plastic model in size For the sake of the assurance plastic while take off mold can be safely shed off this design adopts several poles which have different diameter it can guarantee the lift is even this design adopts Pre E software it can make the hold progress easier and it can express the move of the mold reduce the mold design circle Keywords Inject mold bracket side core combination of mold hold III 目 录 1 绪论 1 1 1 塑料模具工业发展趋势 1 1 2 塑料模具分类 1 1 2 1 注塑成型模具 2 2 塑件材料与结构分析 3 2 1 塑件材料及材料的成型特性 3 2 1 1 塑件材料选择 3 2 1 2 物理化学性能 4 2 1 3 力学和电气性能 5 2 1 4 热性能 5 2 1 5 ABS 的成型条件 6 2 2 塑件结构分析 7 2 2 1 塑件的几何形状 7 2 2 2 塑件分析 8 3 注塑机与注塑模的关系 9 3 1 注塑机的选择 9 3 2 注塑机的主要参数 9 3 3 注塑机的参数校核 10 3 4 对注塑机进行调整 12 4 浇注系统 13 4 1 浇注系统 13 4 1 1 浇注系统设计总则 13 4 2 流道设计 13 4 2 1 主流道的设计 14 4 2 2 冷料井设计 14 4 2 3 分流道的设计 14 4 3 浇口设计 15 4 3 1 浇口位置的选择与数目 15 5 成型零部件 17 5 1 成型零部件设计 17 5 1 1 分型面的设计 17 IV 5 1 2 排气系统的设置 18 5 1 3 成型镶块的结构设计 18 5 1 4 型芯的结构计算 18 5 1 5 成型零件工作尺寸计算 20 5 1 6 型腔壁厚的计算 20 6 脱模机构 22 6 1 脱模机构选用原则 22 6 2 顶杆脱模机构 22 6 3 浇注系统凝料的脱出和自动坠落 23 6 4 侧抽芯机构 23 7 导向及定位机构 25 7 1 导向及定位机构的作用 25 7 2 导向机构的结构设计 25 7 2 1 导向机构总体结构的设计 25 7 2 2 导柱的设计 25 7 2 3 导套的设计 26 8 冷却系统 27 8 1 冷却系统设计的意义 27 8 2 冷却系统的设计原则 27 8 3 冷却参数计算 28 8 4 冷却回路的布置 29 9 动作原理 31 10 结束语 32 11 致谢 33 12 参考文献 34 1 1 绪论 1 1 塑料模具工业发展趋势 在现代机械制造业中 模具工业已为国民经济中一个重要行业 许多新产品的开发和生 产 在很大程度上依赖于模具制造技术 在电子 汽车 电机 电器 仪器 仪表 家电和 通信等产品中 60 80 的零部件都要依靠模具成型 模具生产技术水平的高低 已经成 为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志 我国塑料模具的质量 技术和制造力近年来确实发展很快 有些已达到或接近国际水平 尤其是随着改革开放政策的不断深入 三资 企业蓬勃发展 对我国塑料模具设计制造水 平的提高起到非常大的作用 然而 由于我国模具制造基础薄弱 各地发展及其不平衡 因 此 从总体来看 与国际先进水平相比和国内外市场需求相比 差距还很大 目前 使用计 算机进行产品零件造型分析 模具主要结构及零件的设计 数控机床加工的编程等已成为精 密大型塑料模具设计生产的主要手段 现代工业的发展 对模具技术的要求越来越高 综观 现代模具技术 正向如下的方向发展 1 高精度 现代模具的精度要求比传统的模具精度 至少要高一个数量级 2 长寿命 现代模具的寿命比传统模具的寿命要高出 5 10 倍 如现 代模具一般均可达到 500 万次以上 最高可达到 6 亿次之多 3 高生产率 由于采用多工 位的级进模 多能模 多腔注塑模和层叠注塑模等先进模具 可以极大地提高生产率 从而 带来显著的经济效益 如用四工位的注塑模生产塑料汽水瓶 每小时可生产 8000 件以上 4 结构复杂 随着社会需求的多样化和个性化以及许多新材料 新工艺的广泛应用 对现 代模具的结构形式和型腔要求也日益复杂 若采用传统的模具制造方法 不仅成本高 生产 率低 而且很难保证模具的质量要求 1 2 塑料模具分类 在塑料加工工业中普遍使用以下几种塑模 1 注射成型的塑料模具 它是把塑料原料 一般为经过造粒 染色 加入添加剂等处理 后的颗粒料 放入料筒中 经过加热熔化 使之成为高黏度的流体 称为 熔体 用柱 塞或螺杆作为加压工具 使熔体通过喷嘴以较高的压力 约为 25 80MPa 注入模具的型腔 中 经过冷却 凝固阶段 而后从模具中脱出 成为塑料制品 2 压塑成型的塑料模具 它是成形热固性塑料或封装电器元件等用的一种模具 这种 2 模具设有单独的加料室 成形及加料前先闭模 然后将塑料放入加料室内预热 成粘流状态 再在压力的作用下使熔料通过模具的浇注系统 以高速挤入型腔 硬化成形 3 挤出成型的塑料模具 它是将放入料斗中的原料由螺旋送入加热室 在加热室的模具 端 加热成粘流状态的塑料 在挤出机的高压和高速作用下 通过具有一定断面形状的机头 和定型模而挤出成型 它主要用于热塑性塑料 个别也有用于热固性塑料的塑件成型 4 发泡成型的塑料模具 它是近三十年来普通应用的一种新的塑料应用技术 它主要是 利用一些挥发性强的液体或固体粉末混炼于塑料中 然后用挤出成形法 注射成形法 直接 膨胀法等制造各种器具或片材 此外 还有吹塑成型塑模 真空成型塑模 压注成型塑模 玻璃纤维增强成型塑模等等 随着塑料成型方法的不断出现 必然将还会产生各种新型塑料的新型的成型模具 1 2 1 注塑成型模具 注塑成型又称注射成型 是热塑性塑料产品生产的一种重要方法 除少数热塑性塑料外 几乎所有的热塑性塑料都可以用注射成型方法生产塑料制品 注塑不仅用于热塑性塑料的成 型 而且已经成功地应用与热固性塑料的成型 据统计 注射制品约占所有塑料制品的总产 量的 30 全世界每年生产的注射模数量约占所有塑料成型模具数量的 50 由于注塑成 型的加工不仅产量多 而且使用于多种原料 能够成批 连续的生产 并且具有固定的尺寸 可以实现生产自动化 高速化 因此具有极高的经济效益 作为注塑成型加工的主要工具之一注塑模具 在质量 精度 制造周期及注塑成型过程 中的生产效率等方面水平高低 直接影响产品质量 产量 成本及产品的更新换代 同时也 决定着企业在市场的竞争中的反映能力和速度 沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计 论文 3 2 塑件材料与结构分析 2 1 塑件材料及材料的成型特性 2 1 1 塑件材料选择 通过对塑件的分析及材料的成型工艺要求 决定此底座零件的材料选用 ABS 其介绍如 下 ABS 树脂主要由丙烯晴 丁二烯 苯乙烯三种共聚物而形成的集合物 三种成分聚合 成非结晶性塑料 其三种材料的特性决定了 ABS 树脂的特性 A 丙烯晴 高强度 热稳定性 化学稳定性良好 B 丁二烯 坚韧性 抗冲击性良好 S 苯乙烯 易加工 高光洁度 高强度 其生成方法主要有 1 机械法 混合法 AS 共聚物 AB 共聚物 机械混合而成 2 接枝法 B 主干 聚丁二烯 AS 所以 ABS 的性质由分子量 分子量分布 A B S 的三成分比率 橡胶颗粒 聚丁二 烯 大小及分布 接枝程度等引起变化 ABS 的使用性能 综合性能较好 冲击韧性 力学强度较高 尺寸稳定 耐化学性 电性能良好 易于成 型和机械加工 与 372 有机玻璃的溶接性能良好 可作双色成形塑件 且表面可镀络 ABS 的成型特性 1 无定形料 其品种的机电性能及成形特性也各有差异 应按品种确定成形方法及成 形条件 2 吸湿性强 含水量小于 0 3 必须充分干燥 要求表面光泽的塑件应要求长时间预 热干燥 3 流动性中等 溢边料 0 04mm 左右 流动性比聚苯乙烯 AS 差 但比聚碳酸脂 聚 氯乙烯好 4 比聚苯乙烯加工困难 宜取高料温 模温 对耐热 高冲击和中冲击型树脂 料温 沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计 论文 4 更宜取高 料温对物性影响较大 料温过高易分解 分解温度为 225 左右 比聚苯乙烯 易分解 对要求精度较高塑件模温宜取 50 60 要求光泽及耐热型料宜取 60 80 注 射压力应比加工聚苯乙烯稍高 一般用柱塞式注塑机时料温为 180 230 注射压力为 100 140MPa 螺杆式注射机则取 160 220 注射压力 70 100MPa 为宜 5 注射速度宜取中高速 6 模具设计时要求浇注系统选择进料口位置 形式 顶出力过大或机械加工时塑件表 面呈现 白色 痕迹 但在热水中加热可消失 脱模斜度宜取 2 以上 2 1 2 物理化学性能 物理性能主要工艺参数 性能指标 ABS 相对密度 g cm 1 02 1 163 比体积 cm g 0 86 0 98 吸水率 0 2 0 4 化学性能 1 日光及气候的影响 耐侯性要比聚苯乙烯强 加黑色颜料的苯乙烯共聚物经户外大 气侵蚀二年 其外观和性能基本不变 2 耐酸性及对盐溶液的稳定性 对酸 水 无机盐几乎没有影响 在冰醋酸中会引起 应力开裂 3 耐碱性 耐碱类性能良好 4 耐油性 对某些植物油会引起应力开裂 5 耐有机溶剂性 在酮 醛 酯以及有些氯化物中要溶解 长期接触会软化和溶胀 2 1 3 力学和电气性能 力学性能主要工艺参数 性能指标 ABS 屈服强度 MPa 50 抗拉强度 MPa 38 沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计 论文 5 断裂伸长率 35 拉伸弹性模量 GPa 1 8 抗弯强度 MPa 80 弯曲弹性模量 GPa 1 4 抗压强度 MPa 53 抗剪强度 MPa 24 冲击韧度 KJ m 2无缺口 261 冲击韧度 KJ m 2有缺口 11 不氏硬度 HB 9 7R121 电气性能主要工艺参数 性能指标 ABS 表面电阻率 1 2 1013 体积电阻率 m 6 9 1014 介电常数 3 04 介电损耗角正切 0 007 耐电弧性 s 50 85 2 1 4 热性能 热能主要工艺参数 性能指标 ABS 熔点 130 160 维卡针入度 71 122 马丁耐热 63 热变形温度 45N cm 90 1082 热变形温度 180N cm 83 103 线膨胀系数 10 5 7 0 沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计 论文 6 计算收缩率 0 4 0 7 比热容 J kg k 1470 热导率 W m k 0 263 燃烧性 cm min 慢 2 1 5 ABS 的成型条件 成型条件的主要工艺参数 性能指标 ABS 注射成型机类型 螺杆式 密度 g cm 3 1 03 1 07 计算收缩率 0 3 0 8 预热 温度 80 85 预热 时间 h 4 料筒温度 后段 150 170 料筒温度 中段 165 180 料筒温度 前段 180 200 喷嘴温度 170 180 模具温度 50 80 注射压力 MPa 60 100 成型时间 s 注射时间 20 90 成型时间 s 高压时间 0 5 成型时间 s 冷却时间 20 120 成型时间 s 总周期 50 220 螺杆转速 r min 30 后处理温度 70 后处理时间 s 4 沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计 论文 7 2 2 塑件结构分析 为保证在生产过程中制造出理想的塑料制品 除应合理选用塑件材料外 还必须考虑成 型工艺性 塑件成型工艺与模具设计有着直接的关系 为模具的型腔设计是根据塑件的形状 决定的 所以 首先必须分析塑件图纸和技术要求 要分析塑件的几何形状 壁厚的均匀程度 工艺圆角 脱模斜度及成型孔的分布等 应 符合塑制工艺的要求 以及尺寸精度 光洁度应符合要求 2 2 1 塑件的几何形状 1 脱模斜度 由于塑件冷却后产生收缩 会使塑件紧紧包住模具型芯或型腔中的凸起部分 为了便于 塑件从模腔中脱出或从塑件中抽出型芯 防止脱模时拉伤或擦伤塑件 设计塑件时必须考虑 其内外壁面应有足量的脱模斜度 最小脱模斜度与塑件性能 塑件几何形状有关 脱模斜度的取向根据塑件的内外形尺寸而定 塑件内孔 以型芯小端为准 尺寸符合图 样要求 斜度由扩大方向取得 塑件外形 以型腔 凹模 大端为准 尺寸符合图样要求 斜度由缩小方向取得 一般情况下 脱模斜度不包括在塑件的公差范围内 当要求开模后塑件留在型腔内时 则塑件内表面的脱模斜度应大于塑件外表面的脱模斜 度 综合以上 结合本塑件自身特点 本塑件的脱模斜度应大于 2 度 2 圆角 在塑件设计过程中 为避免应力集中 提高塑件强度 改善塑件的流动情况即便于脱模 所以在塑件的各面或内部连接处 应采用圆弧过度 尤其对增强塑料更有利于填充型腔 另 外 塑件上的圆角对于模具制造和机械加工和提高模具强度 也是必不可少的 在塑件结构 上无特殊要求时 塑件的各连接处应有半径不小于 0 5 1 毫米的圆角 对于内表面的拐角处可采用内表面圆角和外表面圆角分别为垂直壁厚的 0 5 倍和 1 5 倍 2 2 2 塑件分析 沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计 论文 8 图 2 1 塑件结构示意图 沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计 论文 9 3 注塑机与注塑模的关系 3 1 注塑机的选择 模具只有和合适的注射机相配 生产才能正常进行 从模具的设计角度考虑 须全面了 解注射机 一是要确定注射机的型号 使塑料 塑件 注射模 注射工艺等所要求的注射机 的规格参数点在所选注射机的规格参数可调范围之内 即要满足所需的参数在额定的范围之 内 二是调整注射机的技术参数至所需的参数点 该塑件采用浙江塑料机械厂生产的 SZ 630 3500 型号注塑机 3 2 注塑机的主要参数 理论注射量 634 cm 3 螺杆直径 58 mm 注射压力 150 Mpa 注射速率 220 g s 塑化能力 24 mm 移模行程 490 mm 最大模具厚 500 mm 最小模具厚度 250 mm 锁模形式 双曲肘 锁模力 3500 KN 定位孔直径 180 mm 喷嘴球半径 18 mm 注射压力 150 MPa 型号 SZ 630 3500 拉杆力间距 545 485 mm 3 3 注塑机的参数校核 1 最大注射量 沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计 论文 10 最大注射量从注射容量角度来讲 是指注射机对空注射时 螺杆一次最大行程射出的塑 料体积 以 cm3表示 理论注射容量为 理论注射量公式为 V 4D 2S V 理论注射量 D 螺杆直径 S 螺杆的最大注射行程 经过测量塑件的质量为 20g 因为浇注系统凝料一般占总体体积的 30 50 本设计中选择 40 计算得出 40 M 40 M M 27g 本设计采用一模两腔结构 注塑机的一次注塑量 27 20 2 80 83 75g ABS 密度 1 02g cm 3 则最大注射量为 85 425cm 选定注射机的理论注射量为 634 cm 计算所得的注塑量为 85 425cm 则选定注塑机3 3 的注射容量大于计算所得的注塑量 注塑机的注塑量满足要求 2 锁模力 锁模力为注射机锁模装置用于夹紧模具的力 所选注射机的锁模力由于高压熔体诸如模 腔而产生的胀模力 此胀模力等于塑件和流道系统在分型面上的投影面积与型腔压力的乘积 即 F 锁 P c A 1000 式中 F 锁 锁模力 KN Pc 型腔压力 MPa A 塑件流道系统在分型面上的投影面积 mm 2 A 3672mm2 沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计 论文 11 模具型腔压力的计算 pc kp Mpa 式中 p c 模具型腔压力 Mpa p 注射压力 Mpa k 压力损耗系数 通常在 0 25 0 5 范围内选取 p 150 Mpa 计算得 k 0 3 p c 0 3 150 45 Mpa 计算锁模力 F 锁 Pc A 1000 165 24 KN 注塑机的锁模力 F 3500KN 计算注塑机额定锁模力应为 165 24KN 注塑机的锁模力远 远大于校核计算出的额定锁模力 则所选注塑机的锁模力满足使用要求 3 最小模具尺寸 注塑模外形尺寸应小于注射机工作台面的有效尺寸 模具长宽方向的尺寸要与注射机拉 杆内间距相适应 模具至少要有一个方向的尺寸能穿过拉杆间的空间装固在注射机工作台面 上 所选注塑机的拉杆间距为 545 485mm 本设计的模具的总体尺寸为 450 340 mm 可 以穿过拉杆间的空间装固在注射机工作台面上 4 模具厚度 公式 Hmin Hm Hmax 式中 Hm 所设计的模具厚度 mm Hmin 注塑机允许的最小模具厚度 mm Hmax 注塑机允许的最大模具厚度 mm 本设计的模具的厚度为 340mm 大于注塑机允许的最小模具厚度 250mm 小于注塑机允 许的最大模具厚度 500mm 满足使用要求 5 开模行程的校核 开模取出塑件所需的开模距离必须小于注塑机的最大开模行程 该模具是双分型面注射模 其开模行按下面式子校核 沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计 论文 12 公式 S H1 H2 5 10 mm 式中 H 1 塑件脱出距离 mm H2 包括流道凝料在内的塑件高度 mm H2 102mm H1 8mm S H1 H2 5 10 mm 102 8 5 10 115 120 mm 所选注塑机的开摸行程为 490mm 大于计算所得的开摸行程 115 120mm 所以 所选的 注塑机满足使用要求 3 4 对注塑机进行调整 调整内容包括有 选择螺杆及喷嘴 调节顶出系统及抽芯装置 调整塑化能力 调节注 射压力 调节成型时间 调节模温及水冷系统 操作顺序调节加料量及加料方式 调节锁模 系统 沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计 论文 13 4 浇注系统 4 1 浇注系统 4 1 1 浇注系统设计总则 浇注系统设计是注射模具设计的一个重要环节 它对注射成型周期和塑件质量 如外观 物理性能 尺寸精度等 都有直接影响 设计时需遵循以下原则 1 结合型腔布局考虑 应注意以下三点 1 尽可能采用平衡式布置 以便设置平衡式分流道 2 型腔布置和浇口开设部位力求对称 防止模具承受偏载而产生溢料现象 3 型腔排列要尽可能紧凑 以减小模具外形尺寸 2 热量及压力损失要小 为此浇注系统流程应尽量短 断面尺寸尽可能大 尽量减少弯 折 表面粗糙度要低 3 保平衡进料 尽可能使塑料熔体在同一时间内进入各个型腔的深处及角落 即分流 道尽可能采用平衡式布局 4 消除冷料 浇注系统应能捕集温度较低的 冷料 防止其进入型腔 影响塑件质量 5 排气良好 浇注系统应能够顺利地引导塑料熔体充满型腔各个角落 使型腔的气体 能顺利排出 6 防止塑件出现缺陷 避免熔体出现填充不足或塑件出现气孔 缩孔 残余应力 翘 曲变形或尺寸偏差过大以及塑料将嵌件冲压位移或变形等各种成型不良现象 7 塑件外观质量 根据塑件大小 形状及技术要求 做到去除修整浇口方便 浇口痕 迹无损塑件的美观和使用 8 生产效率 尽可能使塑件不进行或少进行后加工 成型周期短 效率高 9 塑料熔体流动特性 大多数热塑性塑料熔体的假塑性行为 应予以充分利用 4 2 流道设计 4 2 1 主流道的设计 沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计 论文 14 主流道通常位于模具中心塑料熔体入口处 它将注射机喷嘴注出的塑料熔体导入分流道 或型腔 其形状为圆锥形 便于塑料熔体顺利地向前流动 本设计采用的是点浇口的三板式模具 当推流道板使流道凝料自动坠落时 浇口套与推 流道板的滑动配合部分应有 5 15 的锥度 以保证使用安全 动作可靠 为防止注射机喷嘴与浇口套两部分向接触处有间隙而产生的溢料 浇口套的球半径应比 喷嘴的球半径大2 3mm 主流道的小端尺寸应比喷嘴孔尺寸稍大 这样可使喷嘴与浇口套对 位容易 另外 为使浇口套中的塑料容易脱离主浇道 应设有脱模斜度 这个斜度一般最小 不低于1度 4 2 2 冷料井设计 冷料井位于主流道正对面的动模板上 或处于分流道末端 其作用是捕集料流前锋的 冷料 防止 冷料 进入型腔而影响塑件质量 开模时又能将主流道中的凝料拉出 冷 料井直径宜稍大于主流道大端直径 该设计采用分流道冷料井 当分流道较长时 可将分流道的尽头沿料流前进方向延长作 为分流道冷料井 以储存前锋冷料 其长度为分流道直径的 1 5 2 倍 4 2 3 分流道的设计 分流道是主流道与浇口之间的通道 本模具采用一模两腔成型 而且是三板式模具 采 用非平衡式分流道 分流道设计要点 1 在保证足够的注塑压力使塑料熔体顺利充满型腔的前提下 分流道截面积与长度最 好取小值 分流道转折处应以圆弧过渡 2 分流道较长时 在分流道的末端应开设冷料井 3 分流道的位置可单独开设在定模板或动模板上 也可以开设在动 定模板上 合模 后形成分流道截面形状 4 分流道与浇口连接处应加工成斜面 并用圆弧过渡 流道布置如图 4 1 沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计 论文 15 图 4 1 流道布置 4 3 浇口设计 1 浇口设计原则 1 浇口尺寸及位置选择应避免熔体破裂而产生喷射和蠕动 2 浇口位置应有利于流动 排气和补料 3 浇口位置应使流程最短 料流变向最少 并防止型芯变形 4 浇口位置及数量应有利于减少熔接痕和增加熔接强度 该设计采用点浇口形式 点浇口又称橄榄形浇口或菱形浇口 是一种截面尺寸特小的圆 形浇口 点浇口位置限制小 去除浇口后残余痕迹小 不影响塑件外观 开模时浇口可自动 拉断 有利于自动化操作 4 3 1 浇口位置的选择与数目 浇口位置与数目对塑件质量有很大的影响 在选择浇口位置可遵循以下原则 1 避免制件上产生喷射等缺陷 浇口的尺寸比较小 如果正对着一个宽度和厚度都比较 大的填充空间 则高速的塑料熔体通过浇口注入型腔时 将受到很大的剪切应力 会产生喷 射和蠕动等现象 形成制品内部和表面的缺陷 同时喷射还会使型腔内空气难以排除 造成 塑件内有空气泡 甚至在某角落出现焦痕 避免喷射有两种方法 一是加大浇口截面尺寸 降低熔体流速 二是采用冲击型浇口 2 浇口设在塑件截面最厚处 当塑件壁厚差较大时 在避免喷射的前提下浇口开设在塑 件截面最厚处 以利于熔体流动 排气和补料 避免产生缩孔和表面凹陷 沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计 论文 16 3 有利于塑料熔体的流动 当塑件上有加强筋时 可利用加强筋作为改善流动的通道 防止注不满 4 有利于型腔排气 在浇口位置确定后 应在型腔最后填充处或远离浇口的部位 开设 排气槽 或利用分型面 推杆间隙等模内活动部分排气 5 考虑塑件使用时的载荷情况 通常浇口位置不能设置在塑件承受弯曲载荷或受冲击力 的部位 原因在于塑件浇口附近残余应力大 强度差 一般能承受拉应力 不能承受弯曲应 力和冲击力 6 减少或避免塑件的融解痕 增加融接牢度塑料熔体流动前沿的汇合处常会形成熔接 痕 导致该处的强度降低 沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计 论文 17 5 成型零部件 5 1 成型零部件设计 本套模具的成型零部件设计首先根据材料的性能 制件的使用要求确定型腔各零部件之 间的组合方式 然后根据制件的尺寸确定型腔的总体结构 分型面 排气部位 脱模方式等 本模具的成型部件有凸模 凹模 主型芯 推块等 5 1 1 分型面的设计 分型面的位置影响着成型零部件的结构形状 型腔的排气也与分型面的选择有密切关系 其设计采用依据 1 分型面设在塑件截面尺寸最大的地方 便于脱模和加工型腔 这是分型面选择的首 要原则 2 有利于保证塑件尺寸精度 因塑件孔有同轴度要求 应使塑件相关的部分在动模部 分成型 满足精度要求 3 有利于保证塑件的外观质量和满足塑件使用要求 塑料融体容易在分型面上产生飞 边 从而影响塑件的外观质量 因此分型面应选择在不影响外观的地方 4 考虑注射机的技术规格 使模板间距大小合适 SZ 4000 800 注射机的开模行程为 1200mm 注射模开模距离位 130mm 符合注射机的开模行程范围 5 尽可能将塑件留在动模一侧 6 有利于排气 由于采用点浇口 为了脱浇道凝料必须设置两个分型面 第一分型面用来脱落浇道凝料 第二分型面用来脱塑件 根据上述原则 1 分型面设在塑件截面尺寸最大的地方 便于脱模 和加工型腔 第二分型面选在塑件在垂直于拔模方向上最大投影的方向 沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计 论文 18 图 5 1 分型面位置 5 1 2 排气系统的设置 型腔内的气体很容易沿分型面 顶杆孔处溢出 因此大多数模具不必特意设置排气系统 但应注意 分型面要有一定的粗糙度例如使用粗砂轮对分型面进行研磨 研磨时砂轮线必须 指向外侧 这样就可以保证在熔体填充过程中气体沿分型面排除 实际上模具内的空气并不 局限于型腔内 特别是三板式注射模 不能忽视存在流道中的空气 此外 塑料熔体会产生 微量分解的气体 这些气体必须及时排除 5 1 3 成型镶块的结构设计 两个型腔作为一个成型镶块 整个模具共有 3 个成型镶块 若其中一个损坏 不至于报 废整个型腔板 把型腔垫块嵌在四壁 型腔垫块用高碳钢制成 置换方便 易于模具拆装 成型镶块之间采用凹凸槽相互扣锁 减小整体凹模在高压下的变形和镶块的位移 3 个镶块 采用过盈配合 以准确定位 并可靠紧固 5 1 4型芯的结构计算 根据平均尺寸法的计算公式 型芯的径向尺寸为 zscpMLSL 431 其中 LW 型芯径向尺寸 mm z 型芯制造公差 mm 一般为 1 5 1 3 在这里取1 4 沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计 论文 19 Scp 塑料的平均收缩率 LS 塑件径向公称尺寸 mm 塑件公差值 mm 型芯的高度尺寸为 zscpMHS 321 其中 HW 型芯高度径向尺寸 mm z 型芯高度制造公差 mm 一般为 1 5 1 3 在这里取1 4 Scp 塑料的平均收缩率 HS 塑件径向公称尺寸 mm 塑件公差值 mm 并且有 minax21Scp 由表3 2可以得知ABS的计算收缩率为0 4 0 7 故得 5 04 7 021 cpS 则塑件型芯的有关尺寸计算结果如下式 直径为 14 的型芯的工作尺寸为 045 12 04 31405 1 D 同理可知其它型芯尺寸 4 5 035 14 06298 435 0 1 D 1 6 沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计 论文 20 03 12 0468 36 1 05 1 D B 1 03 12 0485 3105 1 B L 1 4 03 12 0487 36 1 05 1 l 深度为5 的型芯尺寸为 035 14 028 3250 1 H 同理 型芯其它高度尺寸为 H 13 7 045 18 0493 327 1 05 1 H H 1 03 12 0485 32105 1 5 1 5 成型零件工作尺寸计算 本设计应用了 Pro E 的工作计算 该成型零件的工作尺寸有 Pro E 软件自动计算得出 5 1 6 型腔壁厚的计算 在注射过程中 模具的型腔将受到高压的作用 因此模具型腔应该有足够的强度和刚度 侧壁厚度的计算 公式 t C r p p 2pM 0 5 1 式中 p M 模腔压力 Mpa 沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计 论文 21 p 材料许用应力 Mpa 计算得 t C 22 5 343 343 2 150 0 5 1 41 05mm 取 70mm 则模框侧壁厚度为 70mm 底壁厚度的计算 公式 th r 1 22p M p 0 5 式中 p M 模腔压力 Mpa p 材料许用应力 Mpa 计算得 th 110 1 22 150 343 0 5 45 62mm 取 60mm 则模框底壁厚度为 60mm 沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计 论文 22 6 脱模机构 6 1 脱模机构选用原则 为了保证塑件在顶出过程中不变形或不损坏 必须正确分析塑件对模腔粘附力的大小及 其所在部位 以便选择合适的顶出方式和顶出装置 使顶出力得以均匀合理的分布 顶出位 置应设置在顶出阻力大的地方也就是使塑件不易变形的部位 由于塑件收缩时包紧型芯 因此顶出力作用点应尽量靠近型芯 同时顶出力应施于塑件 刚性和强度最大的部位 如凸缘 加强筋等处 作用面积也尽可能大一些 抽拔时塑件的受力状况要好得多 因为在抽拔力作用的周围 有腔壁支撑着 但在抽拔 型心的同时 就要考虑塑件的受力状况是否会导致塑件变形或损坏 在选择顶出位置时应尽量设在塑件内部或对塑件外观影响不大的部位 尤其是用顶杆顶 出时更应注意这个问题 另外与塑件直接接触的脱出零件的配合间隙要保证不溢料 以免在 塑件上留下飞刺痕迹 6 2 顶杆脱模机构 顶杆脱模机构 如图 6 1 由顶杆 顶杆固定板 顶杆垫板 推块 复位杆等组成 顶杆 复位杆都装在顶杆固定板上 然后用螺钉将顶杆固定板和顶杆垫板连接固定成一 个整体 当模具打开并达到一定距离后 注塑机上的机床顶杆将模具的顶出机构挡住 使其 停止随动模一起移动 而动模部分还在继续移动 于是塑件从动模中脱出 合模时 复位杆 首先与定模分型面接触 使顶出机构与动模产生相反方向的相对移动 模具完全闭合后 顶 出机构便回复到了初始的位置 沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计 论文 23 图 6 1顶杆脱模机构 6 3 浇注系统凝料的脱出和自动坠落 本设计的塑件属于大批量生产的产品 要求高速自动化生产 这不仅要求塑件能自动脱 模 也要求流道凝料能自动坠落 6 4 侧抽芯机构 本设计选取的塑件为体温计壳体 需要进行较大距离侧抽芯动作 能够进行较大距离侧 抽芯动作的方案有两个 第一方案是使用齿轮齿条进行侧抽芯 齿轮齿条侧抽芯机构见图 6 3 齿轮齿条侧抽芯机构 齿轮齿条侧抽芯机构是借助于开模力或顶出力通过齿轮齿条的啮 合传动 使侧抽芯完成抽芯动作 第二方案是使用液压装置进行侧抽芯 液压装置侧抽芯 机构见图 6 4 液压装置侧抽芯机构 液压侧抽芯机构的抽拔力上是靠液压油缸的压力推动 活塞而实现的 液压侧抽芯的特点是 由于侧抽芯的受力点均设在侧抽拔力的中心 又是直 线平移运动 所以在侧抽芯时运动平稳 不容易产生扭曲和上翘等运动障碍 同时 抽拔力 和抽芯距可以设的很大 而模具结构较为简单 便于制造 在大型模具 特别是抽芯距很大 的长塑料管状制品的侧抽芯中均得到应用 其缺点是需要有整套液压装置 模具占有空间也 较大 故在应用时受到了限制 沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计 论文 24 比较以上两套方案 若使用齿轮齿条进行侧抽芯 虽然可以保证抽芯距 但抽拔力难以 计算 并且 齿轮轴的扭矩跟侧抽的抽拔力有关 所以齿轮轴的扭矩也无法估计 齿轮轴的 刚度和强度也难以校核 齿轮和齿条上轮齿的齿根强度和表面疲劳度由于没有齿轮轴的扭矩 也无法校核 若使用液压装置进行侧抽芯 抽芯距和抽拔力都可以保证 而且侧抽芯时运动 平稳 模具结构简单 综合以上因素 决定采用斜导柱装置进行侧抽芯 沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计 论文 25 7 导向及定位机构 7 1 导向及定位机构的作用 1 定位作用 导向装置直接保证动 定模的合模位置的准确性 保证塑件的精度 2 导向作用 合模时引导动模安装正确闭合 防止型心损坏 并承受一定的侧向力 3 载作用 融料的融体在冲模的过程中 或由于成型设备精度台地的影响 因而在成型 过程中 导向机构承受一定的侧向力 4 保持运动平稳作用 7 2 导向机构的结构设计 7 2 1 导向机构总体结构的设计 1 导向零件应合理的均匀分布在模具的周围或靠近边缘部分 其中心至边缘应保证足 够的距离 以防止压入导柱和导套后发生变形 导柱通常设在离中心线 1 3 出处的长边上 2 根据模具的形状和大小 和模具凸模与凹模合模时有方位要求 则用两对直径不同 的导柱 3 由于塑件通常留在动模 所以为了便于脱模导柱通常安装在定模 4 各导柱 导套及导向孔的轴线应保证平行 否则影响合模的准确 甚至损坏导向零 件 5 在合模时 应保证导向零件首先接触 避免凸模先进入型腔 导致成型零件损坏 6 当定模板采用合并加工时 导柱装配处的直径应于导套外径相等 导向机构如图 7 1 7 2 2 导柱的设计 1 导柱的长度必须比凸模端面的高度高出 6 8mm 以免在导柱未导正方向之前凸模先 进入型腔 相碰而损坏 此外 导柱长于凸模端面 分模后可按任何有利于操作的位置放在 工作台上 而不至于擦伤凸模成型表面 2 为使导柱能顺利的进入导向孔 导柱的端部作成圆锥状的先导部分 3 导柱的直径应根据模具的尺寸来定 应保证具有足够的抗弯强度 4 导柱应具有坚硬而耐磨的表面 坚韧而不易折断的内芯 因此采用碳素工具钢 T8A 沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计 论文 26 经淬火处理 硬度为 55HRC 以上 导柱尾部常埋入模板内 固定部分按 H7 n6 配合 导柱滑动部分按间隙配合 7 2 3 导套的设计 1 本模具采用的是直导套 检修更换方便 能保证导向精度 导套安装时 与板之间 为过盈配合 H7 n6 2 为使导柱比较顺利的进入导套孔 在导套孔的前端应设有圆角 导套孔的滑动部分 应采取间隙配合 这样可以改善摩擦 以防止导柱或导套拉毛 图 7 1 导向机构 沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计 论文 27 8 冷却系统 8 1 冷却系统设计的意义 热塑性塑料注塑成型的过程 是将温度较高的熔融塑料 通过高压注射进入温度较低的模 具中 经过冷却凝固 从而得到所需的制品 首先 从提高生产效率的角度来看 成型过程中的 成型周期是一个非常重要的环节 由于在整个成型周期中50 60 的时间用于对制品的冷却 因此 在成型过程中冷却时间长短的重要意义不言而喻 8 2 冷却系统的设计原则 1 在保证模具材料有足够的机械强度的前提下 冷却水道尽可能设置在靠近型腔表面 2 在保证模具材料有足够的机械强度的前提下 冷却水道应安排的尽量紧密 3 冷却水道的直径应优先采用大于 mm 并且各个水道的直径应尽量相同 避免由于 因水道直径不同而造成的冷却液流速不均 4 对于大 中型模具 由于冷却水道很长 会造成较大的温度梯度变化导致在冷却水 道末端 出口处 温度上升很高 从而影响冷却效果 从均匀冷却的方按考虑 对冷却液在 出入口处的温差 一般希望控制在 以下 而精密成型模具 多型腔模具的出 入口温差 则要控制在 以下 冷却水道长度在 m 以下 因此 对于大 中型模具 可将冷却水道分成几个独立的回路来增大冷却液的流量减少压力损失 提高传热效率 5 在模具中的流速 以尽可能高一些为好 但就其流动状态来说以湍流为佳 在湍流 下的热传递比层流高 倍 因为在层流中冷却液作平行于冷却水道壁诸同心层的运 动 每一个同心层都好比一个绝热体从而妨碍了模具向冷却液散发热过程的进行 然而一旦 到达了湍流状态 再增加冷却液再冷却水道中的流速 其传热效率并无明显提高 6 制品较厚的部位应特别加强冷却 7 充分考虑所用的模具材料的热传导率 通常 从力学强度出发 选择刚材为模具材 料 如果只考虑材料的冷却效果时 则导热系数越高 从熔融塑料上吸收热量越迅速 冷却 的越快 因此 在模具中对于那些冷却液无法通到而又必须对其加强冷却的地方 可采用青 铜材料进行镶拼 8 3 冷却参数计算 沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计 论文 28 如果忽略模具因空气对流 热辐射 与注塑机接触所散失的热量 假设塑料在模内释放 的热量全部由冷却水所带走 则模具冷却时所需冷却水的体积流量计算如下 公式 V G i 60C t 1 t2 m3 min 式中 V 冷却水的体积流量 m 3 min G 单位时间内注入模具的塑料质量 kg h i 塑料成型时在模内释放的热焓量 J kg C 冷却水的比热容 J kg K 冷却水的密度 kg m 3 t1 冷却水的出口温度 t2 冷却水的进口温度 计算得 V 24 3 5 10 5 3 6 60 103 4187 28 20 0 01505 m3 min 查阅 塑料模具技术手册 223 页表 3 44 冷却水流速与水孔直径的关系 得出冷却水 道直径应为 6mm 传热水孔总传热面积的计算 公式 A G i 3600 T W T m 2 式中 A 冷却水孔总传热面积 m 2 G 单位时间内注入模具的塑料质量 kg h 冷却水的传热系数 W m 2 K C 冷却水的比热容 J kg K 冷却水的密度 kg m 3 TW 模具温度 T 冷却水的平均温度 计算得 A 24 3 5 10 5 3 6 3600 1578 22 60 24 0 1479 m 2 冷却水管长度的计算 公式 L G i 3600 vd 0 8 Tw T m 式中 L 冷却水孔总长度 m 沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计 论文 29 计算得 L 24 3 5 105 3 6 3600 3 14 7 95 4187 1 32 0 01 0 8 60 24 0 17 m 则冷却水孔总长度应为 0 17m 8 4 冷却回路的布置 由于型腔镶块较多 不便于开设通孔进行冷却 如图 8 1 在模板 型腔垫块及型腔镶 块上开设通孔 在成型镶块上开设沉孔 孔端加工出螺纹 侧向钻出沉孔 孔端用螺纹堵头 堵住 在成型镶块内部构成 U 形回路 用软管接头插入模板 型腔垫块及型腔镶块上的通孔 螺纹拧入成型镶块 软管接头的水嘴接上冷却水后 每个成型镶块就都构成了一个 U 形的冷 却回路 沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计 论文 30 图 8 1 冷却回路 沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计 论文 31 9 动作原理 模具开合模的过程如下 第一次开模时 由定距拉杆上的弹簧来迫使模具从第一分型面打开 此时 浇道凝料被 拉料杆拉住留在定模一侧 点浇口被拉断 继续开模 由定距螺钉带动凝料推板向动模一侧 运动 浇道凝料从拉料杆上脱落并自动坠落 继续开模 液压侧抽装置开始进行侧抽动作 在定距拉杆的凸肩碰到定模板之前会完成侧抽芯动作 侧抽装置移动的距离由挡块控制 当 定距拉杆的凸肩碰到定模板时 第二分型面被强制拉开 继续开模 模具的顶出板会碰到注 塑机的推杆 由顶出板带动顶出杆将塑件顶出 塑件自动脱落 顶出板由复位杆上的弹簧以 及复位杆来复位 顶出板复位后 注塑机会推动模具闭合 模具在导柱的导向作用下完成合 模动作 沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计 论文 32 10 结束语 历经近三个月的毕业设计即将结束 敬请各位老师对我的设计过程作最后检查 在这次毕业设计中通过参考 查阅各种有关模具方面的资料 请教各位老师有关模具方 面的问题 特别是模具在实际中可能遇到的具体问题 使我在这短暂的时间里 对模具的认 识有了一个质的飞跃 使我对塑料模具设计的各种成型方法 成型零件的设计 成型零件的 加工工艺 如线切割 电火花加工 CNC 电脑数控加工 主要工艺参数的计算 产品缺陷 及其解决办法 模具的总体结构设计及零部件的设计等都有了进一步的理解和掌握 模具在 当今社会生活中运用得非常广泛 掌握模具的设计方法对我们以后的工作和发展有着十分重 要的意义 从陌生到开始接触 从了解到熟悉 这是每个人学习事物所必经的一般过程 我对模具 的认识过程亦是如此 经过三个月的努力 我相信这次毕业设计一定能为四年的大学生涯划 上一个圆满的句号 为将来的事业奠定坚实的基础 在这次设计过程中得到了老师以及许多同学的帮助 特别是陈伟老师和张孟君老师的悉 心指导 使我受益匪浅 在此 对关心和指导过我各位老师和帮助过我的同学表示衷心的感 谢 沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计 论文 33 11 致谢 感谢在设计过程中给予我无私帮助的老师和同学 感谢老师 没有你们的正确指导我的 设计就不会如此的顺利 感谢各位老师在百忙工作中仍然帮我审阅图纸 修改说明书 在这 里特别要感谢我的指导老师陈伟老师和张孟君老师 严谨的工作作风 渊博的知识和踏实的 科研精神为我今后的学习和工作树立了榜样 还要感谢同专业的同学在毕业设计中对我的真 诚帮助 沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计 论文 34 12 参考文献 1 许发樾 实用模具设计与制造手册 北京 机械工业出版社 2000 10 2 商玉林 贺辛亥 壳体零件成形工艺分析及模具设计 模具制造 2003 1 3 壳体缩口工艺及模具 模具技术 2001 2 4 壳体塑料注射模及整形工艺 模具工业 1996 3 5 李海梅 申长雨 注塑成型及模具设计 北京 化学工业出版社 1997 4 6 柳燕君 杨善文 模具制造技术 北京 高等教育出版社 2002 6 7 蒋继宏 王效岳 注塑模具典型机构 100 例 北京 中国轻工业出版社 2000 6 8 徐佩弦 塑料件的设计 北京 中国轻工业出版社 2001 6 9 福岛有一 塑料注射成型模具设计 东京 日刊工业新闻社 2002 11 10 朱光力 万金保 塑料模具设计 北京 清华大学出版社 2003 1 11 贾润礼 程志远 实用注塑模设计手册 北京 中国轻工业出版社 2000 4 12 大连理工大学工程画教研室 机械制图 北京 高等教育出版社 1993 5 13 塑料模设计手册 编写组 塑料模设计手册 北京 机械工业出版社 1994
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